在環境污染分子的監測分析中,典型的應用有、、。近紅外光譜的一個優點是壓力加寬不是一個很大的問題,因此可以在近大氣壓或開放光程工作。缺點是有許多分子在該譜區沒有吸收,雖然在測量復雜混合物時,這也許是一個優點。中紅外波段工作在3-13μm的“指紋”區,是氣體分子基帶吸收。這個波段分子吸收線的強度比近紅外波段要大幾個量級。如:CH4在,理論檢測下限可達;CO在,理論檢測可達。通常分子在這個波段的振動和轉動光譜譜線非常豐富密集,典型的光譜線寬約為2×10-3cm-1(~60MHz)。中紅外波段激光光譜技術目前主要受到激光光源的限制,但近幾年來,隨著紅外激光技術的發展和新型中紅外相干光源技術的發展,在中紅外波段進***體分子的超高靈敏檢測技術有了長足的進步。 中紅外QCL-TDLAS在氣體檢測中具有高靈敏度、高分辨率及快速響應等優點。上海二氧化碳QCL激光器多少錢
紅外光譜檢測方法主要有使用寬帶光源的傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和非分散紅外光譜(NDIR)技術,以及紅外激光光譜技術。與使用寬帶光源的FTIR和NDIR相比,紅外激光光譜由于采用高單色性的紅外激光作為光源,具有更高的光譜分辨率,不需要使用額外的分光部件,易于實現儀器的小型化。另外,高功率密度激光光源更方便實現長光程檢測。紅外激光光譜學依據波段分為近紅外光譜和中紅外光譜。近紅外波段工作在-μm的近紅外區,相應于某些分子的“泛頻”譜帶。分子在這些譜帶的吸收系數比中紅外的基頻吸收要弱得多,一般要低2-3數量級。盡管如此,由III-V族化合物制成的半導體激光由于在通信和電子工業元件方面的廣泛應用,其價格相對便宜,質量、性能和輸出功率都相當優越,且在接近室溫工作,使其在一些濃度較高或對靈敏度要求較低的污染源排放的氣體監測中得到了很好的應用,足以達到ppm的檢測水平,甚至到達ppb的水平,接近中紅外光譜系統檢測靈敏度的1-10%。 天津H2OQCL激光器報價TDLAS利用可調諧半導體激光器的窄線寬和波長隨注入電流變化,對分子的單個或幾個相近的吸收線進行測量。
帶間級聯激光器(ICL)是實現3~5μm波段中紅外激光器的重要前沿,其在半導體光電器件技術、氣體檢測、醫學醫療以及自由空間光通信等領域具有重要科學意義和應用價值。近年來,半導體帶間級聯激光器的量子阱能帶理論設計方法和激光器制備**技術得到迅速提升。帶間級聯激光器是一種以?族體系為主,通過量子工程的能帶設計及其材料外延、工藝制作而成的可以工作于中紅外波段的激光器。由于結合了傳統的量子阱激光器較長的上能級載流子復合壽命,以及量子級聯激光器(QCL)通過級聯結構實現較高內量子效率的優點,在中紅外波段具有較大的優勢。研究背景中紅外波段包含了許多氣體分子的吸收峰,對于氣體分子而言,在中紅外波段的中心吸收截面一般比其在近紅外區的中心吸收截面高幾個數量級。因此,為了獲得更高的靈敏度和更低的檢測限,利用中紅外的可調諧半導體激光器吸收光譜技術(TDLAS)可以實現對特殊或有毒氣體的檢測。常見的位于中紅外波段的氣體分子如圖1所示,諸如礦井氣體甲烷(CH4)分子吸收峰位于3260nm,一氧化碳(CO)分子吸收峰位于4610nm,二氧化碳(CO2)分子吸收峰位于4230nm,氯化氫(HCl)分子吸收峰位于3395nm,溴化氫(HBr)分子吸收峰位于4020nm。
常見的溫室氣體光譜學檢測技術主要包括非分散紅外光譜技術(NDIR)、傅立葉變換光譜技術(FTIR)、差分光學吸收光譜技術(DOAS)、差分吸收激光雷達技術(DIAL)、可調諧半導體激光吸收光譜技術(TDLAS)、離軸積分腔輸出光譜技術(OA-ICOS)、光腔衰蕩光譜技術(CRDS)、激光外差光譜技術(LHS)、空間外差光譜技術(SHS)等。其中,NDIR技術利用氣體分子對寬帶紅外光的吸收光譜強度與濃度成正比的關系,進行溫室氣體反演,具有結構簡單、操作方便、成本低廉等優點,但儀器的光譜分辨率和檢測靈敏度較低。FTIR技術通過測量紅外光的干涉圖,并對干涉圖進行傅立葉積分變換,從而獲得被測氣體紅外吸收光譜,能夠實現多種組分同時監測,適用于溫室氣體的本底、廓線和時空變化測量及其同位素探測,儀器系統較為復雜,價格比較昂貴。DOAS也是一種寬帶光譜檢測技術,能夠實現多氣體組分探測,儀器光譜分辨率較低,易受水汽和氣溶膠的影響。DIAL技術是一種利用氣體分子后向散射效應對氣體遙感探測的光譜技術,具有高精度、遠距離、高空間分辨等優點,系統較為復雜,成本較高。TDLAS技術利用窄線寬的可調諧激光光源,完整地掃描到氣體分子的一條或幾條吸收譜線。中紅外QCL用于燃氣管網巡檢中,解決巡檢效率低、氣體檢測準確度低、受環境影響大、智能化程度低等問題。
直接吸收光譜技術是通過調諧激光頻率到選擇吸收譜線透過率和譜線形狀進行分析,并獲取一些重要信息,如吸收譜線強度和增寬系數。從這些光譜測量得到信息可以推斷出氣體溫度、濃度、氣流速度以及壓力等參數值。信號發生器發生鋸齒波或三角波掃描信號給激光驅動器驅動DFB激光器,激光器輸出激光通過待測氣體,光電探測器接收到透射光,并通過對光強信號進行分析,從而測量得到氣體濃度值。實現直接吸收光譜檢測透射光容易受到背景噪聲的干擾、激光器光強波動等因素的影響,為了減小噪聲的干擾,通常會使用高靈敏光譜技術,如采用波長調制技術對目標信號進行高頻調制,實現抑制高頻背景噪聲,從而極大提高探測靈敏度和精度。信號發生器發生鋸齒波或三角波掃描信號疊加快速正弦頻率f的調制信號給激光驅動器驅動DFB激光器,激光器輸出調制光經過待測氣體,光電探測器接收到吸收后光強,此時將光信號轉換成電信號輸入到鎖相放大器對信號進行解調輸出波長調制的諧波信號,根據諧波信號的值計算得到此時氣體濃度值。 TDLAS:當激光波長與待測氣體分子的吸收線匹配時,分子會吸收部分能量,透射光強度的變化,計算氣體濃度。河南CH4QCL激光器公司
在大氣污染監控中,QCL能夠準確檢測大氣中的微量成分,為環境保護提供有力支持。上海二氧化碳QCL激光器多少錢
TDLAS(TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy)技術利用可調諧半導體激光器的特性,通過調制激光器的波長,使其掃描被測氣體分子的吸收峰,從而實現對氣體分子濃度的測量。該技術通過紅外吸收來測量激光通過被測氣體時被吸收的數量,具有高精度和無接觸的特點。調諧半導體吸收光譜(TDLAS)技術是激光吸收光譜(LAS)技術的一種。根據激光器的不同驅動形式,激光吸收光譜(LAS)技術可以分為:直接吸收法和調制吸收法。這兩種技術各有優缺點:直接吸收法:需要鎖定激光器驅動電流,不需加載2f諧波信號,結構簡單,成本低,但容易受干擾,尤其是低頻干擾,所以靈敏度相對低些。調制吸收法:需要給到激光器鋸齒波驅動電流信號,同時需要加載2f諧波信號到驅動電流上,結構會相對復雜一些,成本要比直接吸收法高一些,但是靈敏度高,能夠避開低頻干擾。其中又進一步分為波長調制類和頻率調制類,波長調制類需要更大的調諧范圍,頻率調制類需要很高的掃描頻率和調制頻率,技術復雜,靈敏度更高。 上海二氧化碳QCL激光器多少錢